世界號運載火箭在當地時間 6 月 21 日下午 4 點發射,隨著衛星成功分離到達各自預定地軌道後,韓國成為世界上第 7 個成功發射的國家。這個韓國國產的火箭有效載荷超過 1 噸。
世界號運載火箭是以韓國航空宇宙研究院(Korea Aerospace Research Institute,KARI)為中心,集結韓國航空宇宙產業(KAI,韓國國有航空宇宙公司)、韓華航空(Hanwha Aerospace)、現代重工業等超過 300 家韓國的航空、航太製造商,自主研發的韓國新型國產火箭。
在構思從推進到導航等發射的必要能力時,太空飛行器的國產開發是一個國家技術實力非常好的指標。韓國最近在航太技術方面的成就不僅表明其作為先進工業國家的成熟度,而且透過繼續參與其太空計劃,有望為所有工業部門帶來長期的意外收穫。
世界號(누리 NURI,「世界」比較古風的說法)是向民眾募集而來的暱稱,正式名稱為「KSLV-II (Korean Space Launch Vehicle-II)」。
火箭共有 3 節,全長 47.2 公尺,最大直徑 3.5 公尺。可以發射約 1.5 噸的載荷至近地軌道(600~800 公里),被分類為中小型火箭。世界號火箭 6 月 21 日在韓國南部全羅南道的羅老宇宙中心進行發射。引擎等試驗也在該中心進行。
世界號的開發是從 2010 年 3 月開始,大致可分為 3 個階段。首先 2010 年 3 月到 2015 年 7 月的第一階段,設計後備火箭以及開發 7 噸力(tf,重力單位,用來表示火箭引擎的推力)的引擎。接著 2015 年 8 月到 2019 年 3 月的第二階段,火箭的細部設計、以及 75 噸級的引擎開發和地面燃燒試驗。
和其他火箭開發一樣,世界號的開發也受到許多困難阻礙。最大的障礙是 75 噸級的引擎,韓國沒有開發過有如此大推力的引擎,在燃燒試驗中發生燃燒振動等不穩定現象而卡關。計畫也因此延遲。
然而,韓國工程師累計使用了 33 台試驗用引擎、變更設計 20 次以上、反覆共進行了 184 次,1 萬 8290 秒的燃燒試驗,才完成引擎的開發。為測試引擎的性能,2018 年 11 月 28 日成功發射第一節火箭。
韓國媒體曾經報導韓國從烏克蘭購買了推力 30 噸的引擎,不過烏克蘭並沒有報導所稱的同規格引擎,嚴格來說是只有技術協助,並不是將烏克蘭引擎直接裝在火箭上,開發仍是以韓國為主,
第三階段從 2018 年 4 月開始,與第二階段重疊同時進行。這個階段計畫持續進行研發、進行兩次測試發射,完成世界號的開發。
2021 年 10 月 21 日發射了世界號的 1 號機,不過第三節火箭提前停止燃燒,載荷沒能進入預定軌道。後續調查結果是因為第三節火箭在飛行中貯箱中用於保持壓力平衡的氦氣罐脫離原本位置而導致引擎提前關機。之後 KARI 以氦氣罐為中心進行翻修,再次挑戰2號機的發射。
世界號 2 號機在台灣時間 6 月 21 日下午 3 點從羅老宇宙中心發射,火箭按照計畫順利飛行,成功將載荷送入近地軌道。在發射 875 秒後,分離性能驗證衛星,發射後 945 秒分離衛星模型,送入各自預定的軌道。
性能驗證衛星的質量為 162.5 公斤,目的是為了測試世界號將衛星送入軌道的準確度,在發射 42 分鐘後成功與地面站通訊,確認發射成功。該衛星還配備了韓國研製的太空電池、控制力矩陀螺和 S 波段天線,並已在太空確認運行驗證。任務時長預計為兩年。此外,它還配備了由韓國多所大學開發的 4 顆 CubeSats(微型衛星),未來將依序分離。衛星模型重 1.3 噸,用於驗證發射能力。
5 月 10 日甫上任的尹錫悅總統在首爾龍山的總統辦公室觀看了火箭發射,並表示「從大韓民國領土到太空的道路已經開通,這是 30 年來向難題挑戰的結果。」
科學技術情報通訊部長李宗昊表示「這次發射具有歷史意義,讓我們有立足點隨時去太空,無需向其他國家借用發射場或火箭。」接著他也補充「藉著世界號開發過程中獲得的經驗和技術,我們將推動研製性能更高的火箭,進一步提高韓國的衛星發射能力。」
隨著世界號的成功發射,韓國獲得了獨立的太空運輸能力,和具備自主開發太空的能力。毫無疑問,這對於立志成為「太空強國」的韓國來說是邁進了一大步。
KARI 計劃到 2027 年為止會發射 4 次世界號,此外,也計畫最終會將業務轉移到韓華航空並進入商業發射市場。
韓國在小型衛星領域的技術水準很高,並且有向阿拉伯聯合大公國出口的記錄。近年來,公私部門一直在努力開發下一代衛星,並持續打造下一代的小型衛星和中型衛星。
質量在 1 噸左右的小型衛星最適合用世界號發射,這些衛星的發射和使用都蘊藏著商機。
KARI 還計劃開發新型火箭作為世界號的後繼機。這個暫稱為「KSLV-III」的火箭,會具有將 3.5 噸地球同步衛星送入地球同步轉移軌道的發射能力。第一節火箭會配備 5 台 100 噸力的引擎,還將採用新技術,例如裝備固體火箭推進器以提高發射能力以及可回收再利用的第一節火箭。首次發射定於 2030 年代,計劃發射月球登陸器和韓版衛星導航系統(KPS)的衛星(與美國共同開發)。
關於韓國的航太發展,尤其是火箭,主要是發射地點和成本問題。
因為韓國都會區在北邊,日本在東邊,所以發射世界號的羅老宇宙中心只能往南邊發射。發射地球觀測衛星和偵察衛星等繞極軌道(沿此軌道運行的衛星在繞行地球時都會從兩極上空經過)衛星時無所謂,但幾乎不可能發射地球同步衛星(固定在地球上空某位置的衛星,繞行一圈與地球自轉週期時間相同)。這是整個韓國共通的問題,至少在國內沒有更好的地點了。
因此,在發射地球同步衛星時,就不使用世界號將其外包給另一個國家,或是在另一個國家建立發射場,抑或是開發一種技術透過船舶從海上發射。
像是歐洲的織女星(Vega)、印度的極軌衛星(PSLV)和日本的愛普瑟隆(Epsilon)等,其他國家已經有與世界號性能相同、適合發射小型衛星的火箭。獵鷹 9 號(Falcon 9)等大型火箭也能一次發射多個小型衛星,而且以太空新創公司為中心,也活躍的進行新的小型火箭開發。
在這種情況下,為了讓世界號在商業發射中發揮作用,它需要解決上述發射地點的問題,同時降低發射成本或提高可靠性、和增加其他火箭不具備的附加價值或優勢。
首次的國產開發僅在 2 號機就發射成功,是留在航太發展史上的壯舉,也顯示出韓國確實擁有了火箭技術。韓國火箭技術是否能穩健成長並促使世界號進一步成功發射、確立可靠性和降低成本,以及 KSLV-III 的開發?終於開始用自己的雙手飛向太空的韓國,已開始新的挑戰。
另外,《外交家》的文章提到,鑑於韓國艱難的地緣政治地位,一個成功的民用太空計劃對韓國防禦能力的影響也不容忽視。韓國並未試圖隱瞞其太空計劃的潛在軍事應用,例如在北韓上空放置國產監視衛星。當然,這與備受爭議的朝鮮半島軍備競賽有著明顯的關聯。隨著 2021 年韓國彈道飛彈射程限制的取消,以及地對空飛彈和潛射飛彈的其他發展,發展精確導引、長程、火箭車的軍事影響顯而易見。
在朝鮮半島之外,韓國將扮演一個重要角色幫助我們確立在太空的集體未來將是什麼樣子。太空國家行為標準和規範的缺乏,加上該領域新參與者的增長,為合作與競爭帶來新的問題。長期以來,太空一直是競爭對手之間合作的論壇,例如冷戰高峰時期的阿波羅-聯盟測試計劃和太空梭-和平號計劃。然而,近年來地球上的地緣政治緊張局勢已經蔓延到太空,在俄羅斯入侵烏克蘭後,俄羅斯航太(Roscosmos)暫停了與國際太空站 (ISS) 的合作,而中國繼續支持發展自己的「天宮空間站」。
韓國是 4 項聯合國太空條約的締約國,並且是美國主導的《阿提米絲協定》的早期簽署國。韓國與美國的持續合作以及遵守國際太空規範可以為「終極邊疆(太空)」制定規則發揮重要作用。
然而,韓國的太空計劃還存在一些困難。尹錫悅總統承諾,他的政府將系統地支持韓國的航太野心,包括可能在美國建立一個類似於 NASA 的韓國航太機構。但 2018 年的一項調查顯示,20 多歲的年輕受訪者比其他年齡層對太空議題更「完全不感興趣」。此外,與年長的受訪者相比,30 歲以下的受訪者更不認為政府主導的太空開發是必要的。
對於一個從年輕人群中獲得重要支持的政府來說,尹錫悅政府需要讓選民相信,15 億美元的世界號計劃以及對韓國航太工業數十億美元的進一步投資代表了一個有價值和必要的國家願景。與此同時,更雄心勃勃的計劃已經在進行中,韓國的首次登月任務定於今年 8 月進行。或許韓國太空計劃的進一步成功可能會為這項重要的努力帶來更多的支持和關注。
參考新聞連結:
2022/06/30 マイナビ 韓国から宇宙への道開く – 「ヌリ号」ロケット打ち上げ成功、その意義と課題
2022/07/01 The Diplomat South Korea’s Space Program Is a Big Deal